激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂層組織及耐磨性能研究

高玉龍，馬國梁，高曉華，崔洪芝,3

激光表面改性技術(shù)

激光熔覆CoCrNiMnTi高熵合金涂層組織及耐磨性能研究

高玉龍1，馬國梁2，高曉華2，崔洪芝2,3

（1.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2.山東科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；3.中國海洋大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100）

針對高鐵制動盤等高速強(qiáng)力磨損的關(guān)鍵件，設(shè)計(jì)激光熔覆CoCrNiMnTi高熵合金涂層，提高表面的硬度和耐磨性。采用激光熔覆技術(shù)在Q235鋼表面制備CoCrNiMnTi高熵合金涂層，利用XRD和SEM對涂層微觀組織進(jìn)行表征，通過顯微硬度計(jì)和納米壓痕儀測試涂層硬度，運(yùn)用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和三維形貌儀研究涂層的摩擦磨損性能。在激光熔覆CoCrNiMnTi涂層中，隨著Ti含量的增加，涂層物相由單一的FCC相轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+Laves相。由于固溶強(qiáng)化以及Laves相含量增多，涂層的顯微硬度不斷提高，CoCrMnNiTi硬度達(dá)到523HV0.1，最高納米硬度達(dá)到6.91 GPa。CoCrNiMnTi系涂層的彈性模量大小相近。隨著Ti含量的增加，涂層的耐磨性呈現(xiàn)升高趨勢，當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)增加至0.75時(shí)，涂層具有最好的耐磨性，但進(jìn)一步增加Ti含量時(shí)，由于脆硬性的Laves相逐漸增多，磨損形式由低Ti含量時(shí)的粘著磨損逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦逿i含量時(shí)的磨粒磨損，使涂層耐磨性能下降。激光熔覆CoCrMnNiTi涂層可以顯著提高基體的耐磨性，Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.75時(shí)，在FCC基體中形成了少量Laves相，既提高硬度，又實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌配合，涂層表現(xiàn)出最佳的耐磨損性能。

激光熔覆；高熵合金；微觀組織；耐磨性；表面強(qiáng)化

高速列車在軌道交通運(yùn)行中，車輪和制動盤等關(guān)鍵零部件表面的磨損與腐蝕失效，會大大降低材料的服役壽命，嚴(yán)重影響高速列車的安全運(yùn)行，造成大量的資源浪費(fèi)或安全事故，因此開發(fā)制備兼具高強(qiáng)韌抗磨損的涂層材料具有重要的意義[1]。高能束激光熔覆技術(shù)[2-3]具有冷卻速率快、熱影響區(qū)小、基體變形小等優(yōu)點(diǎn)，且制備的涂層稀釋率低，組織細(xì)小、均勻致密，與基體形成良好冶金結(jié)合，因而被廣泛應(yīng)用于大型工程機(jī)械以及交通、冶金、礦山等領(lǐng)域關(guān)鍵件的表面強(qiáng)化。

高熵合金[4-5]作為新的多主元體系，因具有高強(qiáng)度和硬度、良好的高溫抗氧化性以及突出的耐磨性和耐腐蝕性等優(yōu)異性能，而成為極具潛力的結(jié)構(gòu)材料[6-9]。Ti、Al、Zr作為大原子半徑元素，常作為添加元素用來提升高熵合金綜合性能[10-12]。在CoCrFeNiMn中添加的少量Ti，可得到更小的晶粒尺寸、更高的析出物體積分?jǐn)?shù)，顯著提高材料的塑性[13]。Huang等[14]采用激光熔覆技術(shù)在27SiMn鋼表面制備了FeCrNiMo涂層，其優(yōu)異的成形性及耐蝕性滿足了實(shí)際工程應(yīng)用需求，更好地用于液壓支架表面的防護(hù)與修復(fù)。

基于高鐵制動盤嚴(yán)酷的服役環(huán)境，本文提出利用激光熔覆技術(shù)制備高熵合金涂層，既發(fā)揮高熵合金的優(yōu)異性能，又能實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合。設(shè)計(jì)了高熵合金CoCrNiMnTi體系，并通過調(diào)整Ti元素含量，調(diào)控物相及組織結(jié)構(gòu)。采用激光熔覆技術(shù)在Q235鋼板上制備CoCrNiMnTi系高熵合金涂層，研究不同Ti含量對高熵合金涂層微觀組織和性能的影響，以期為提高制動盤的耐磨性提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

選取高純度Co，Cr，Mn，Ni，Ti（≥99.5%）粉末作為熔覆材料，粉末粒徑均為200～300目。CoCrNiMnTi涂層中的Ti含量分別取=0，0.25，0.5，0.75，1的摩爾分?jǐn)?shù)，分別簡寫為Ti0、Ti0.25、Ti0.5、Ti0.75、Ti1，化學(xué)成分見表1。稱量后，在三維混料機(jī)中充分混合12 h，然后用于激光熔覆?；w材料為Q235鋼，尺寸為150 mm×100 mm×10 mm。本文采用Ls-Gj-300型激光器，以預(yù)置粉末的方式進(jìn)行激光熔覆，激光熔覆前，將混合粉末均勻地預(yù)涂在Q235基體表面，厚度為2 mm。熔覆參數(shù)：激光功率為1 500 W，掃描速度為10 mm/s，光斑直徑為3 mm，搭接率為30%，頻率為50 Hz。

表1 CoCrNiMnTi涂層化學(xué)成分

Tab.1 Chemical composition of CoCrNiMnTix coatings at.%

熔覆后的涂層樣品如圖1所示，涂層成形質(zhì)量良好，沒有出現(xiàn)氣孔或裂紋。經(jīng)電火花線切割得到10 mm×10 mm×5 mm的塊狀樣品，用400#—3000#的砂紙進(jìn)行打磨，然后拋光至鏡面。采用D/MAX- 2500PC型X射線衍射儀（XRD）對涂層進(jìn)行物相分析，輻射源為Cu靶，工作電壓為40 kV，工作電流為100 mA，掃描速度為4 (°)/min，掃描范圍為20°～ 100°。通過配備EDS系統(tǒng)的FEI-Nano SEM 450型掃描電子顯微鏡（SEM）表征樣品的微觀組織和化學(xué)組成。涂層顯微硬度使用FM-700/SVDM4R型顯微硬度計(jì)測量，選取1 N的加載載荷，加載時(shí)間為15 s，在表面不同區(qū)域取多組硬度，并取其平均值。采用納米壓痕儀測量涂層載荷–位移曲線，載荷為100 mN，負(fù)載率為1.5 mN/s，在達(dá)到最大負(fù)載時(shí)保持15 s后，以相同的速度卸載。采用Rtec MFT-5000多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試涂層在室溫下的磨損行為，選用模式為干滑動往復(fù)式摩擦模式，Al2O3陶瓷球作為摩擦副，加載載荷為30 N，磨損時(shí)間為30 min。

圖1 激光熔覆涂層表面宏觀形貌

2 結(jié)果與討論

2.1 物相分析

激光熔覆不同Ti含量CoCrNiMnTi高熵合金涂層的X射線衍射圖譜見圖2。從圖2a中可以看出，在不加入Ti元素時(shí)，合金涂層的XRD圖譜中只有單一的FCC相，形成FCC單相固溶體。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.25時(shí)，Ti0.25涂層物相仍然只有FCC，說明加入少量的Ti后，涂層的物相并沒有發(fā)生變化。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)增加至0.5時(shí)，Ti0.5涂層的主相仍為FCC，此時(shí)圖譜中出現(xiàn)了少許的Laves相。隨著Ti含量的不斷增加，Ti0.75和Ti1涂層FCC衍射峰的強(qiáng)度逐漸降低，Laves相的衍射峰越來越多，涂層的物相由FCC相轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+Laves相。經(jīng)過分析比對，Laves相主要為(Co,Fe)2Ti。從圖2b中可以發(fā)現(xiàn)，隨著Ti含量的增加，F(xiàn)CC固溶體的衍射峰逐漸發(fā)生了左移，表明FCC固溶體的晶格常數(shù)增大[15]。由于Ti的原子半徑較大，Ti原子會固溶于FCC固溶體中，引起強(qiáng)烈的晶格畸變[16]。此外，由于激光熔覆快熱快冷的特點(diǎn)，Ti原子的固溶程度進(jìn)一步增加，Ti0.75至Ti1的衍射峰的偏移更加嚴(yán)重[17]。

圖2 CoCrNiMnTix涂層的XRD圖譜

2.2 微觀組織分析

CoCrNiMnTi涂層橫截面中部區(qū)域的微觀組織SEM形貌如圖3所示。從圖3a可以看出，在不添加Ti時(shí)，Ti0涂層的微觀結(jié)構(gòu)是柱狀晶。隨著Ti的摩爾分?jǐn)?shù)添加到0.25，CoCrNiMnTi0.25涂層逐漸從柱狀晶變?yōu)榈容S晶。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)，Ti0.5涂層出現(xiàn)少量Laves相，并且在晶間區(qū)域分布少量共晶組織，如圖3c所示。從圖3d可以看出，隨著Ti的摩爾分?jǐn)?shù)增加到0.75，Laves相逐漸增加，且斷斷續(xù)續(xù)分布在晶間區(qū)域。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)增加到1時(shí)，Laves相晶間相互橋連，并且共晶組織增多，如圖3e所示。Ti含量的增加是涂層中Laves相含量增加的主要因素，Laves相屬于硬度高但脆性大的金屬間化合物，會使涂層強(qiáng)度和硬度增加，塑性下降[18]。Ti的添加促進(jìn)晶粒細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng)化可提升涂層的性能。Shahmir等[13]在CoCrFeNiMn高熵合金中加入2%（原子分?jǐn)?shù)）的Ti，導(dǎo)致晶粒尺寸和沉淀體積分?jǐn)?shù)顯著降低。激光熔覆快速加熱和快的冷卻速率也會使涂層中的晶粒細(xì)化。從涂層的微觀結(jié)構(gòu)SEM來看，Ti含量改變引起的微觀結(jié)構(gòu)變化，對應(yīng)于圖2中XRD物相變化。

用SEM-EDS進(jìn)一步識別CoCrNiMnTi涂層元素分布，見圖4和表2。從面掃描結(jié)果可以看出，Co、Cr、Ni、Mn元素在晶粒內(nèi)部（區(qū)域A）均勻分布，Ti元素主要分布在晶界（區(qū)域B）處。在熔覆過程中，由于稀釋作用，Q235基體表面的Fe擴(kuò)散到涂層中，出現(xiàn)Fe元素的富集。結(jié)合XRD結(jié)果可以推斷，晶粒內(nèi)部為FCC基體相，而晶間區(qū)域則為(Co,Fe)2Ti型的Laves相。此外，當(dāng)Ti含量較低時(shí)，面掃描結(jié)果顯示，Ti元素集中分布于晶間區(qū)域，推測此時(shí)可能并未生成Laves相或形成的數(shù)量較少，使得在測試Ti0.25涂層時(shí)并發(fā)現(xiàn)Laves相的衍射峰。

圖3 CoCrNiMnTix涂層橫截面中部區(qū)域的微觀組織形貌

圖4 CoCrNiMnTix涂層的 EDS 面掃圖

表2 CoCrNiMnTi涂層不同區(qū)域化學(xué)成分

Tab.2 Chemical composition of different areas of the CoCrNiMnTixcoatings at.%

2.3 顯微硬度分析

在1 N載荷下，CoCrNiMnTi涂層表面的平均顯微硬度結(jié)果如圖5所示，表面平均硬度可以為涂層表面磨損行為提供參考。從圖5中可以看出，不添加Ti的Ti0涂層硬度最低，僅為165.33HV0.1。這是由于涂層物相為單一的FCC相，具有單相FCC結(jié)構(gòu)的高熵合金一般具有較低的硬度值，如CoCrFeNiMn合金硬度值為HV125～HV160[19]。隨著Ti含量的增加，涂層中Laves相的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，涂層的硬度逐漸增大，Ti1涂層表面顯微硬度達(dá)到523.73HV0.1。通過對比分析，熔覆層硬度值隨Ti含量的提高呈逐漸增加的趨勢。這主要?dú)w因于以下2方面：首先，對比體系中各元素的原子半徑，Ti具有最大的原子半徑，Ti固溶于FCC固溶體會引起強(qiáng)烈的晶格畸變而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，起到固溶強(qiáng)化的效果[20-21]；其次，隨著Ti含量的提高，涂層中生成的Laves相[22]的數(shù)量也逐漸增加，Laves相作為一種高硬度的金屬間化合物，會提高涂層的硬度。

圖5 不同Ti含量CoCrNiMnTix涂層的表面平均顯微硬度

2.4 納米壓痕分析

CoCrNiMnTi涂層的位移–載荷曲線如圖6所示。圖6中，Ti0和Ti0.25的位移非常相近，這是由于涂層均為單一的FCC相，涂層硬度相近，在加載卸載過程中產(chǎn)生的形變也相近。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)，涂層中開始出現(xiàn)Laves相，在100 mN力的作用下，位移降低，此時(shí)位移–載荷曲線開始出現(xiàn)明顯的差異。當(dāng)Ti含量繼續(xù)增加，涂層中的Laves相逐漸增多，Ti0.75和Ti1涂層硬度相較于Ti0.5涂層有了較大幅度的提升，因此位移–載荷曲線發(fā)生明顯變化，相同載荷作用下位移降低[23]。

圖6 CoCrNiMnTix涂層納米壓痕載荷–位移曲線

納米壓痕測試的特征參數(shù)硬度（）和彈性模量（）如圖7所示。從圖7中可以看到，涂層的納米硬度與顯微硬度的變化趨勢一致，Ti0.75和Ti1涂層的納米硬度值分別達(dá)到4.81、6.91 GPa，分別為Ti0涂層納米硬度值（2.54 GPa）的1.9、2.7倍。比較涂層的彈性模量發(fā)現(xiàn)，隨著Ti含量的增多，涂層的彈性模量大小相近。結(jié)合物相組織分析，F(xiàn)CC基體具有良好的韌性，使彈性模量保持相對穩(wěn)定，并且彈性模量相近，可降低界面的剪切應(yīng)力，使得基體與涂層更好地匹配。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.75時(shí)，Ti固溶于FCC固溶體，起到固溶強(qiáng)化作用，且枝晶間區(qū)域Laves相增多，涂層的彈性模量最大，為202.06 GPa，表明其在抵抗彈性變形方面的能力更強(qiáng)。Ti1涂層中高硬度脆性的Laves相較多，造成彈性模量降低。

of the CoCrNiMnTicoatings

2.5 耐磨性能分析

室溫條件下不同Ti含量CoCrNiMnTi涂層的摩擦系數(shù)曲線如圖8所示。摩擦系數(shù)是表征材料磨損性能的重要參數(shù)之一，磨損過程中主要分為起始磨合階段和穩(wěn)定磨損階段[24]。從圖8中可以看到，隨著Ti含量的增加，涂層的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先降低、后增加的趨勢。經(jīng)計(jì)算，穩(wěn)定階段Ti0—Ti1涂層的平均摩擦系數(shù)分別為0.699 7、0.644 7、0.622 2、0.592 3、0.626 8。單一的FCC結(jié)構(gòu)由于低的表面硬度和強(qiáng)度而具有較差的抗形變能力，因此Ti0涂層的摩擦系數(shù)較高。隨著Ti含量的增加，Laves相的體積分?jǐn)?shù)增加，涂層的硬度和強(qiáng)度增加，涂層表面具有良好的抗變形能力，涂層的摩擦系數(shù)不斷減小。Ti的摩爾分?jǐn)?shù)從0.75增加至1時(shí)，磨損抗力卻略有下降。觀察Ti1的摩擦系數(shù)曲線可以發(fā)現(xiàn)，在磨損過程中，即使是在穩(wěn)定階段，摩擦系數(shù)的波動較大。這是由于磨損過程中磨球會與硬度較高的Laves相以及硬度低的FCC相頻繁交互作用，說明高的硬度并不一定有高的磨損抗力[25]。

圖8 CoCrNiMnTix涂層的摩擦系數(shù)

CoCrNiMnTi涂層的磨損體積如圖9所示。計(jì)算各涂層的體積損失量發(fā)現(xiàn)，Ti0的體積損失是Ti0.75的4倍。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)Ti的比例增加時(shí)，由于硬度的提高，磨損量逐漸減小，涂層的耐磨性能逐漸提高。隨著Ti含量的增加，質(zhì)量損失的變化與被測涂層整體顯微硬度的變化相反，這歸因于高硬度導(dǎo)致高熵合金耐磨性的提高[26]。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)由0.75增加到1時(shí)，相較于Ti0.75涂層，磨損量又略有增加，這與圖8中涂層的摩擦磨損曲線的變化相一致。

采用三維形貌儀對CoCrNiMnTi涂層磨損后的磨痕形貌及其橫截面輪廓進(jìn)行觀察，如圖10和圖11所示。從涂層磨損后的三維輪廓顏色變化（見圖10）可以看出磨損的深度和寬度。當(dāng)Ti含量較低時(shí)，由于涂層的硬度較低，使得磨損較為嚴(yán)重，并在磨球的滑動和壓力擠壓作用下，涂層的外側(cè)發(fā)生了不同程度的塑性變形，并且Ti含量越低，塑性變形的程度越嚴(yán)重，表明此時(shí)涂層的磨損抗力較低，磨痕寬度和深度較大。Ti含量越高，涂層硬度提高，塑性變形的程度逐漸降低，磨痕的深度逐漸減小，截面輪廓波動小，說明磨損面相對較為平整，沒有出現(xiàn)較深的犁溝。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.75時(shí)，Ti0.75涂層的橫截面曲線比其他4組平滑，表明其磨損痕跡窄而淺。從涂層的三維形貌顏色變化也可以看出，此時(shí)磨痕較淺，從而反映出其具有較好的耐磨性。

圖9 添加不同Ti含量CoCrNiMnTix涂層的磨損體積

圖10 CoCrMnNiTix涂層磨痕輪廓的三維形貌

圖11 CoCrNiMnTix涂層磨痕的橫截面曲線

CoCrMnNiTi涂層的磨損痕跡和磨損表面的形態(tài)如圖12所示，紅色邊框內(nèi)為低倍下涂層的磨痕宏觀形貌，磨損表面的元素分析見表3。在圖12a、b中，Ti0和Ti0.25涂層的磨損表面上觀察到大量碎屑以及溝槽，這意味著在摩擦過程中已經(jīng)發(fā)生了接觸表面的嚴(yán)重擦傷[27]。磨損表面的碎屑除涂層元素外，存在少量Al和O，少量的鋁來自Al3O2磨球的對應(yīng)成分。根據(jù)涂層的物相組織、硬度以及磨痕微觀形貌分析，Ti0及Ti0.25涂層的磨損機(jī)理主要是粘著磨損。由于硬度的增加，涂層對表面塑性變形的抵抗力顯著提高。

如圖12c—e所示，從Ti0.5開始，涂層表面磨屑開始減少，并出現(xiàn)了一些剝落及分層。由于脆硬的Laves相在磨球滑動剪切作用下會發(fā)生撕裂破損，增加了剝落坑的數(shù)量，剝落的Laves相又會跟隨磨球在涂層表面繼續(xù)滑動磨損。當(dāng)磨損顆粒壓入涂層表面到一定深度時(shí)，會出現(xiàn)裂紋。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到表面時(shí)，會發(fā)生脆性斷裂，然后形成碎片，此時(shí)磨損形式主要為磨粒磨損。相較于Ti0.5涂層，Ti0.75涂層中存在較多的Laves相，且FCC基體相中固溶了更多的Ti元素，固溶強(qiáng)化作用更加明顯，硬度有了較大幅度的提升，使Ti0.75涂層表現(xiàn)出更加優(yōu)良的磨損抗力。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到1時(shí)，涂層中出現(xiàn)了更多的Laves相，此時(shí)涂層發(fā)生的磨粒磨損也更為嚴(yán)重，產(chǎn)生的剝落坑數(shù)量較多，從而產(chǎn)生了更大的體積損失，因此Ti1涂層相較于Ti0.75涂層磨損更為嚴(yán)重。這一結(jié)果也與磨痕截面輪廓、摩擦磨損曲線以及摩擦磨損之后的體積損失相匹配。因此，涂層的耐磨性并不是跟硬度呈現(xiàn)正相關(guān)，還與涂層的物相組織等有關(guān)，添加合適比例的Ti元素可以有效提高涂層的耐磨性。

圖12 CoCrMnNiTix涂層磨損表面的SEM形貌

表3 CoCrMnNiTi涂層磨損表面的化學(xué)成分組成

Tab.3 Chemical compositions of the worn surface of the CoCrMnNiTix coatings wt.%

3 結(jié)論

1）CoCrMnNiTi系高熵合金涂層成形較好，隨Ti含量增加，涂層物相由FCC相變?yōu)镕CC+Laves相。當(dāng)Ti的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)，涂層中開始出現(xiàn)Laves相，且Laves相分布在晶界。Ti含量繼續(xù)增加，Laves相含量也隨之增加。

2）隨著Ti含量的增加，涂層中產(chǎn)生更多的Laves相，涂層的顯微硬度不斷提高，Ti1硬度達(dá)到523HV0.1，納米壓痕實(shí)驗(yàn)得到Ti1涂層最高納米硬度達(dá)到6.91 GPa，相較于Ti0涂層的硬度及力學(xué)性能都有較大提高。

3）涂層的耐磨性隨著Ti含量的增加呈先增加、后降低的趨勢，磨損形式由低Ti含量時(shí)Ti0和Ti0.25的粘著磨損，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦逿i含量時(shí)的磨粒磨損，Ti0.75具有最好的耐磨性。

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Microstructure and Wear Resistance of CoCrNiMnTiHigh-entropy Alloy Coating by Laser Cladding

1,2,2,2,3

(1. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Shandong Qingdao 266111, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590, China; 3. School of Materials Science and Engineering, Ocean University of China, Shandong Qingdao 266100, China)

For the key parts of high-speed and strong wear such as high-speed rail brake discs, CoCrNiMnTihigh-entropy alloy coating by laser cladding was designed to improve the hardness and wear resistance of the surface. The CoCrNiMnTi(=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) high-entropy alloy coating was prepared on the surface of Q235 steel by laser cladding technology, and the microstructure of the coating was characterized by XRD and SEM. The hardness of the coating was tested by a microhardness tester and a nanoindenter. The friction-abrasion testing machine and the three-dimensional profiler were used to study the friction-abrasion performance of the coating. The CoCrNiMnTicoating prepared by laser cladding technology had good coating quality and no defects such as pores or cracks. It is found that in the CoCrNiMnTicoating by laser cladding, with the increase of Ti content, the coating phase changes from a single FCC phase to FCC+Laves phase, and the diffraction peak of FCC solid solution gradually shifted to the left. The microstructure of the CoCrNiMn coating is columnar crystals. When the Ti content is 0.25, it transforms into equiaxed crystals; when the Ti content is higher than 0.5, Laves phase and eutectic structure appear in the intergranular region. Under the dilution effect of the laser cladding, the Fe on the surface of the Q235 substrate diffuses into the coating, and the Fe elements enrich. The inside of the crystal grain is the FCC matrix phase, and the intergranular area is the (Co,Fe)2Ti Laves phase. Due to the solid solution strengthening and the increase of the Laves phase content, the microhardness of the coating continues to increase. The hardness of CoCrMnNiTi reaches 523HV0.1, and the highest nanohardness reaches 6.91 GPa. CoCrNiMnTi-based coatings have similar elastic modulus. With the increase of Ti content, the wear resistance of the coating shows a rising trend. As the Ti content increases, the average friction coefficient of the coating decreases, and it is the lowest at Ti0.75. According to the analysis of wear volume and wear scar morphology, when the Ti content is 0.75, it has the lowest wear volume, and the width and depth of the wear scar are the lowest, showing the best wear resistance. However, when the Ti content further increases, due to the brittle and hard Laves phase gradually increases. the wear form gradually changes from adhesive wear with low Ti content to abrasive wear with high Ti content, which reduces the wear resistance of the coating. CoCrMnNiTicoating by laser cladding can significantly improve the wear resistance of the substrate. When the Ti content is added to 0.75, a small amount of Laves phase is formed in the FCC substrate, which not only improves the hardness, but also achieves a strong and tough fit. The coating shows the best wear resistance performance. Therefore, when the addition amount of Ti element is 0.75, the CoCrNiMnTi0.75high-entropy alloy coating has the best performance, which can be used for surface strengthening and repair of high-speed rail brake discs, and improve the service life and reuse of high-speed rail brake discs.

laser cladding; high-entropy alloy; microstructure; wear resistance; surface strengthening

2021-11-22；

2021-11-29

GAO Yu-long (1983-), Male, Master, Senior engineer, Research focus: design of key components of high-speed trains and engineering application technology.

崔洪芝（1965—）女，博士，教授，主要研究方向?yàn)楦吣苁砻鎻?qiáng)化耐磨蝕材料及涂層技術(shù)。

CUI Hong-zhi (1965-), Female, Doctor, Professor, Research focus: high-energy beam surface enhanced wear-resistant and corrosion-resistant coating technology.

高玉龍, 馬國梁, 高曉華, 等. 激光熔覆CoCrNiMnTi高熵合金涂層組織及耐磨性能研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(9): 351-358.

TG174.4

A

1001-3660(2022)09-0351-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.000

2021–11–22；

2021–11–29

國家自然科學(xué)基金（51971121，U2106216）；山東省重大創(chuàng)新工程項(xiàng)目（2019JZZY010303，2019JZZY010360）

Fund：The National Natural Science Foundation of China (51971121, U2106216); Major-special Science and Technology Projects in Shandong Province (2019JZZY010303, 2019JZZY010360)

高玉龍（1983—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)楦咚倭熊囮P(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與工程化應(yīng)用技術(shù)。

GAO Yu-long, MA Guo-liang, GAO Xiao-hua, et al. Microstructure and Wear Resistance of CoCrNiMnTiHigh-entropy Alloy Coating by Laser Cladding[J]. Surface Technology, 2022, 51(9): 351-358.

責(zé)任編輯：劉世忠